火力發(fā)電廠熱控儀表取樣管路布置優(yōu)化

王宏偉

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司, 山西 太原 030001)

火力發(fā)電廠熱控儀表取樣管路布置優(yōu)化

王宏偉

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司, 山西 太原 030001)

熱控儀表管路涉及范圍比較廣，安裝工藝要求比較高，整齊美觀的配管工藝可以形成安裝工藝的亮點。由于熱控儀表管路采用小口金屬管，尤其是集中布置管路的走向很關(guān)鍵，在施工過程中通常會碰到交叉作業(yè)，因此對熱控儀表管路安裝的前期策劃非常重要。根據(jù)現(xiàn)場情況，對集中布置的熱控儀表管進(jìn)行施工二次優(yōu)化設(shè)計，在發(fā)電廠建設(shè)中選擇合適的導(dǎo)管敷設(shè)路徑、優(yōu)化敷設(shè)方式、對電廠節(jié)約投資、降低運行損耗有著實際的意義。本文針對北方寒冷地區(qū)電廠熱控儀表導(dǎo)管敷設(shè)安裝中涉及的安裝工藝和設(shè)計方案提出優(yōu)化，供其他相關(guān)工程參考和借鑒。

儀表管路；安裝工藝；前期策劃；二次設(shè)計；集中布置

0 引言

在電廠的基建期間，熱控儀表導(dǎo)管和電纜的敷設(shè)是熱控施工中的兩大重點，儀表導(dǎo)管敷設(shè)和安裝的合理性和安全性直接影響到后期電纜的敷設(shè)量和系統(tǒng)讀數(shù)的正確性，對電廠的工期和投產(chǎn)發(fā)電后的穩(wěn)定運行起到至關(guān)重要的作用。

1 熱控儀表取樣管路的布置優(yōu)化

1.1 設(shè)計優(yōu)化原則

近幾年，在嚴(yán)寒地區(qū)，火力發(fā)電廠熱控儀表管路設(shè)計和施工的質(zhì)量已嚴(yán)重影響到機(jī)組試運及投產(chǎn)后的安全運行，設(shè)計方案的不合理造成了表管凍裂、讀數(shù)不準(zhǔn)，以致停爐停機(jī)，損失嚴(yán)重。比如采用儀表大集中布置方案的電廠，即將鍋爐系統(tǒng)的全部壓力、差壓變送器和開關(guān)分區(qū)域集中布置于帶有暖氣的變送器小間的方案，由于過分追求變送器、開關(guān)布置的集中和美觀，形成各個位置和方向的測點都集中到一起，造成取樣管路過長，短則數(shù)十米，長則上百米，有的甚至達(dá)到170多米。由于管路偏長，造成測量準(zhǔn)確性大大降低，尤其是微負(fù)壓的測點基本失去了準(zhǔn)確性，同時由于管路過長增加了儀表伴熱電纜和蒸汽伴熱管路的數(shù)量，運行十分不經(jīng)濟(jì)。

針對工程所處環(huán)境和氣象情況，堅持規(guī)程規(guī)范的原則，堅持最短路線的原則，堅持檢修維護(hù)方便的原則，在嚴(yán)寒地區(qū)，鍋爐采用半封閉形式的電廠提出在測點附近設(shè)置保溫(護(hù))柜的方案，即位置相近的三到五點測點的變送器或開關(guān)放置于一面保溫(護(hù))柜中，儀表保溫(護(hù))柜、儀表架均靠近取樣點分片布置。其它輔助系統(tǒng)保溫(護(hù))柜均靠近受控設(shè)備布置。此種布置方式減少了取樣管路的敷設(shè)長度，以最短的路徑敷設(shè)，減少了測量參數(shù)的時滯，提高測量儀器的靈敏度。對于全封閉形式的鍋爐，不考慮設(shè)置保溫柜，但由于鍋爐為大型設(shè)備，考慮到防高空墜物和碰摔，可設(shè)保護(hù)箱。

1.2 施工流程說明

1.3 變送器、壓力開關(guān)、差壓開關(guān)的配管

鍋爐房汽水系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)變送器、壓力開關(guān)、差壓開關(guān)等均布置在儀表保溫(護(hù))柜內(nèi)。汽機(jī)房其他區(qū)域和中間層及以上變送器、壓力開關(guān)、差壓開關(guān)均布置在就地儀表架上。安裝后變送器距地面高1.2m，成排安裝時，差壓變送器間距300mm，壓力變送器間距200mm。差壓變送器距底座邊的距離為200mm，壓力變送器距底座邊的距離為100mm。

鍋爐汽水系統(tǒng)、靠近汽機(jī)房0米大門區(qū)域的汽水系統(tǒng)、及輔助車間室外汽水參數(shù)測量儀表等需要伴熱的脈沖管路應(yīng)采用電伴熱。露天布置的儀控設(shè)備應(yīng)裝設(shè)防雨保溫裝置。

1、爐側(cè)的變送器、開關(guān)布置在保溫(護(hù))柜內(nèi)，保溫(護(hù))柜按照設(shè)計示意圖和操作維護(hù)方便、布置整齊合理的原則進(jìn)行二次設(shè)計，分別就近布置在鍋爐房各層平臺上。平臺走欄邊的變送器柜要裝于平臺欄桿外邊。

(1) 鍋爐頂部設(shè)置3到5個保溫(護(hù))柜，其內(nèi)部分別布置過熱器、再熱器以及過熱器、再熱器一、二級減溫水壓力、吹灰壓力等儀表。

(2) 鍋爐分離器附近平臺設(shè)置2到3個保溫(護(hù))柜，其內(nèi)部分別布置分離器儲水罐液位、分離器出壓力及疏水壓力等儀表。

(3) 鍋爐主給水平臺設(shè)置2個保溫(護(hù))柜，其內(nèi)部分別布置主給水流量、鍋爐給水旁路調(diào)節(jié)閥前后壓力等儀表。

(4) 鍋爐運轉(zhuǎn)層平臺左右和后部各設(shè)置1個保溫(護(hù))柜，其內(nèi)部分別布置位于運轉(zhuǎn)層平臺附近的測點。

2、多臺、多型號變送器、開關(guān)成排安裝時，若管路方向相同，一般按照對稱布置或同類型相鄰布置的原則安裝；若管路方向不同，先把管路方向相同的變送器相鄰布置，再按照對稱布置或同類型相鄰布置的原則安裝。

(1) 鍋爐房0米可以按照系統(tǒng)，區(qū)域?qū)⑾噜彍y點或管路方向相同的儀表成排布置。如煙風(fēng)系統(tǒng)等

(2) 根據(jù)已投運機(jī)組的實際運行經(jīng)驗，由于大部分機(jī)組煤倉間位于汽機(jī)房與鍋爐房之間，采取全封閉形式，以降低煤粉對環(huán)境的污染。其冬季內(nèi)部溫度已經(jīng)滿足管路介質(zhì)正常運行參數(shù)，所以建議此處可不設(shè)置保溫(護(hù))柜，除氧煤倉間運轉(zhuǎn)層平臺可按照給煤機(jī)臺數(shù)成排布置與給煤機(jī)臺數(shù)相同排的儀表。如圖1所示。

(3) 汽機(jī)房中間層可以按照系統(tǒng)，區(qū)域?qū)⑾噜彍y點或管路方向相同的儀表成排布置，如給水泵、開閉式水系統(tǒng)儀表成排布置，凝結(jié)水系統(tǒng)儀表成排布置、發(fā)電機(jī)氫油水系統(tǒng)成排布置、真空泵系統(tǒng)成排布置等。

(4) 汽機(jī)房中間層平臺可以按照系統(tǒng)大排布置，如主蒸汽壓力、再熱器壓力，調(diào)節(jié)級壓力成排布置，抽氣壓力儀表成排布置，給水系統(tǒng)儀表成排布置、油系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)儀表成排布置。如圖2所示：

3、成排布置變送器管路在底座上方要做成扇形狀，扇形的大小、高度依據(jù)底座的變送器數(shù)量、底座的寬度確定。如圖2所示。

4、機(jī)側(cè)變送器除中間層平臺可大集中，其余規(guī)劃采用大分散、小集中的原則。其他零星的變送器、開關(guān)就近布置在取源測點附近。例如排汽裝置真空測量儀表、潤滑油壓力測量儀表可集中布置于裝置側(cè)面。如圖3所示。

5、各輔助生產(chǎn)車間如循環(huán)水泵房、鍋爐化學(xué)補給水車間、綜合水泵房等壓力、流量儀表采取大分散、小集中的原則，室內(nèi)就近布置，室外裝入防雨保溫箱，保溫箱在流量井處布置，導(dǎo)管沿工藝管道敷設(shè)。

圖1 煤倉間變送器布置Fig. 1 The arrangement of pressure transmitters in coal bunker

圖2 汽機(jī)房中間層平臺變送器Fig. 2 The pressure transmitters on intermediate layer of the turbine room

圖3 潤滑油變送器布置Fig. 3 The arrangement of the lubricating oil pressure transmitters

1.4 儀表取樣管路敷設(shè)方案

目前，國內(nèi)設(shè)計圖紙熱工儀表皆沒有詳細(xì)的敷設(shè)定位圖，都需要施工單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況分系統(tǒng)，化區(qū)域的進(jìn)行二次設(shè)計。管路敷設(shè)前根據(jù)設(shè)備布置圖及熱控PID圖設(shè)計脈沖管路敷設(shè)圖。施工時嚴(yán)格按照儀表管路的排列圖、斷面圖施工。在設(shè)計走向時要和機(jī)務(wù)專業(yè)進(jìn)行圖紙會審，不僅要避開機(jī)務(wù)設(shè)備、管道、人孔、吊裝孔等，同時盡量和機(jī)務(wù)專業(yè)的小徑管一同考慮，以保證現(xiàn)場小徑管的協(xié)調(diào)一致。儀表管路連接著取源部件和就地儀表，其走向必須依據(jù)取源部位和就地儀表的安裝位置所決定，盡量以最短的路徑敷設(shè)，減少測量參數(shù)的時滯，提高測量儀器的靈敏度。

1.5 管路敷設(shè)技術(shù)要求

管路敷設(shè)應(yīng)盡量集中敷設(shè)，整齊美觀，減少交叉和拐彎。

管路的選擇應(yīng)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5182-2004的要求進(jìn)行，特別注意腐蝕性介質(zhì)，如鹽酸、硫酸取樣管路的選擇。儀表導(dǎo)管的通徑和壁厚需滿足工藝系統(tǒng)的壓力和溫度條件及儀表過程接口要求。

1、油管路離開熱管道保溫層的距離大于150mm，并應(yīng)有隔熱措施，嚴(yán)禁平行布置在熱表面的上部。管路與電纜平行敷設(shè)時，距離應(yīng)大于200mm。

2、管路沿水平敷設(shè)時應(yīng)有一定的坡度，差壓管路應(yīng)大于1:12，其它管路應(yīng)大于1:100，管路傾斜方向應(yīng)能保證排除氣體或凝結(jié)水，否則應(yīng)在管路的最高點或最低點裝設(shè)排氣或排水閥門。真空系統(tǒng)管路向上的坡度盡量要大。如圖4所示。

3、水位測量等差壓管路不能靠近設(shè)備熱表面，其正負(fù)壓管的環(huán)境溫度應(yīng)保持一致，以防止產(chǎn)生測量誤差。

4、測量氣體的導(dǎo)管應(yīng)從取壓裝置處先向上引出，向上高度不宜小于600mm ，其連接接頭的孔徑不應(yīng)小于導(dǎo)管內(nèi)徑。對于蒸汽管路，為使管內(nèi)有足夠的冷凝水，管路不可太短。

5、金屬管子的彎制宜采用冷彎。高壓管路的彎曲半徑應(yīng)大于其外徑的5倍，其他金屬管的彎曲半徑宜大于其外徑的3.5倍，對于塑料管，應(yīng)大于其外徑的4.5倍。管子彎曲后應(yīng)無裂縫、凹坑、彎曲斷面的橢圓度不大于10%。

6、管路敷設(shè)長度的要求：壓力管路敷設(shè)允許的最大長度為150m；微壓，真空管路敷設(shè)允許的最大長度為100m；水位、流量管路敷設(shè)允許的最大長度為50m。

圖4 儀表管路坡度Fig. 4 The slope of the instrument piping

圖5 保溫箱內(nèi)部布置圖Fig. 5 The internal layout of the heat insulation box

1.6 盤內(nèi)配管

盤內(nèi)變送器、開關(guān)布置原則：在柜內(nèi)布置空間允許情況下，變送器、開關(guān)應(yīng)布置成一排；一般情況下，差壓變送器布置在下層，壓力變送器布置在上層(如圖5所示)；柜內(nèi)變送器需分兩層安裝且上下兩層數(shù)量不等時，下層多裝，上層少裝，同時布置勻稱有致。

1.7 閥門安裝

取樣一次閥門應(yīng)裝在靠近取樣點；儀表取樣二次門應(yīng)裝于變送器的正下方，儀表架上，平衡門裝在兩個二次門中間上方。排污門裝于門架中心高度，煙風(fēng)系統(tǒng)中，由于存在振動和膨脹，設(shè)置膨脹節(jié)較多，故此處儀表管路可采用金屬軟管連接，閥門管接頭對管子應(yīng)是非咬合式密封以確保無泄漏，儀表閥門的管接頭承壓能力應(yīng)是系統(tǒng)的極限壓力。

儀表管成排敷設(shè)，管間距離要保持均勻，間距為儀表管外徑尺寸。儀表管路在敷設(shè)時，應(yīng)采用可拆卸的管卡固定，水平敷設(shè)固定支架間距為1～1.5m，垂直敷設(shè)時，間距為1.5～2m，在不允許焊接設(shè)備上固定時，采用“U”型管或包箍固定。如圖8所示：

儀表管路按二次設(shè)計的位置敷設(shè)，應(yīng)整齊、美觀、并減少交叉和拐彎，如需交叉則應(yīng)布置在隱蔽處。同一排管接頭必須根據(jù)現(xiàn)場情況以統(tǒng)一圖案布置，要求統(tǒng)一采用一字形或V字形圖案，如圖9所示。儀表管路敷設(shè)完畢后，應(yīng)及時同主管道或設(shè)備一起進(jìn)行嚴(yán)密性試驗，徹底根除跑、冒、滴、漏、堵塞等現(xiàn)象。煙風(fēng)儀表管路需要單獨進(jìn)行風(fēng)壓試驗。氣源母管及控制氣源支管應(yīng)采用不銹鋼管，接至儀表設(shè)備處各支管可采用紫銅管或不銹鋼管。支管從母管取源應(yīng)叢上半部引出，母管最低處應(yīng)加排水閥。

在嚴(yán)寒地區(qū)，對于鍋爐采用半封閉形式的電廠，儀表管路需進(jìn)行伴熱。全廠需要伴熱區(qū)域的儀表管路原則上采取汽水系統(tǒng)管路閥門裝在固定于變送器柜正面的二次門架上；排污槽裝在排污門下方，排污管伸入排污槽內(nèi)。排污水要排到雨水管、廢水溝等地方。如圖6所示：

圖6 變送器排污門及排污槽Fig. 6 the blowdown valve and sewage tank of pressure transmitters

圖7 穿越墻面和地面時安裝的保護(hù)罩Fig. 7 The protective cover when the instrument piping through the wall and the ground

1.8 管路敷設(shè)

敷設(shè)時水平段的儀表管先安裝管卡，但不要固定得太牢，使管路能夠轉(zhuǎn)動焊接。垂直段儀表管要在敷設(shè)同時進(jìn)行焊接，防止儀表管下滑。管路在穿過墻和地面平臺時，要加裝保護(hù)管或保護(hù)框，管路盡量集中敷設(shè)。如圖7所示。

圖8 固定管路的“U”型管和支架Fig. 8 The “U” type pipeline and bracket used to fix the instrument piping

圖9 一字型和V字型管接頭Fig. 9 The pipeline joint of linear type and “V” type

高溫、高壓和氫、油系統(tǒng)的儀表管路采用承插方式，氬弧焊接，普通儀表管路可用卡套連接，在電伴熱，敷設(shè)方式可依據(jù)電伴熱說明書的要求施工，可以根據(jù)儀表成排敷設(shè)的管路走向成“一”字形或“之”字形布置，如圖10所示。出于安全考慮，鍋爐燃油平臺相關(guān)儀表導(dǎo)管伴熱建議采用蒸汽伴熱，伴熱蒸汽壓力宜為0.3Mpa到0.5Mpa，管路采用單回路供汽和回水，不應(yīng)串聯(lián)連接，集液處加裝排液裝置，管路連接采用焊接方式。伴熱管路的敷設(shè)原則：單根或兩根儀表管可將伴熱管路設(shè)在儀表管路的旁邊或中間，成排的伴熱管路成“一”字形或“之”字形布置。差壓管路的伴熱，確保正、負(fù)壓側(cè)管受熱相同。對于鍋爐采取全封閉形式的電廠不考慮防凍措施。

圖10 電伴熱帶敷設(shè)Fig. 10 The electric heating band laying

2 結(jié)論

火力發(fā)電廠熱控儀表取樣管路的布置和安裝直接影響到系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行，由于取樣導(dǎo)管布置和安裝的不合理、不規(guī)范而造成儀表讀數(shù)的不正確，從而致使非迫性停爐停機(jī)的事故數(shù)不勝數(shù)，給業(yè)主造成了很大的損失。同時，不合理的敷設(shè)方式也會造成材料的浪費和人工費得增長，使工期延長，十分不經(jīng)濟(jì)。所以，在設(shè)計初期就要對其進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化來避免運行事故和人員材料的浪費。熱控設(shè)計人員應(yīng)以系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性為基礎(chǔ)，降低運行損耗為核心，來確定導(dǎo)管的路徑和敷設(shè)方式，在此基礎(chǔ)上考慮美觀和節(jié)約成本的可行性，嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范和施工工藝的要求，使電廠能夠更為安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定的運行。

[1] DL 5190.4-2012. 電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范第4部分: 熱工儀表及控制裝置.

DL 5190.4-2012. Technical specification for thermal power erection and construction--Part 4: instrumentation and control.

[2] 葉江祺. 熱工測量和控制儀表的安裝[J]. 中國電力出版社, 2006.

YE jiangqi.The I&C measurement and control instrument installation[J].Chinese power press, 2006

[3] 張新聞. 熱工安裝因素對測量回路誤差的影響[J]. 電力建設(shè), 2010.

ZHANG xinwen.Impact of Thermal Installation Factors on Measurement Loop Errors[J]. ELECTRIC POWER CONSTRUCTION, 2010.

[4] DL/T 5182-2004. 火力發(fā)電廠熱工自動化就地設(shè)備安裝、管路及電纜設(shè)計技術(shù)規(guī)定.

DL/T 5182-2004.Technical rule for designing of local equipment installation,pipeline and cables of I&C in power plant.

[5] DL/T 5210.4-2009. 電力建設(shè)施工質(zhì)量驗收及評價規(guī)程 第4部分: 熱工儀表及控制裝置.

DL/T 5210.4-2009. Code for construction quality acceptance and evaluation of electric power construct Part 4: instrumentation and control.

[6] GB 50131-2007. 自動化儀表工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范.

GB 50131-2007. Code for constructional quality acceptance of automation engineering.

[7] 王朝陽, 李海濱, 韋廣梅. NS-WL2 型拉壓力傳感器的機(jī)理建模研究[J]. 新型工業(yè)化, 2014, 4 (6): 72-76.

WANG Zhaoyang, LI Haibin, WEI Guangmei.A Research of NS-WL2 Pressure Sensor's Mechanism Modeling[J]. The Journal of New Industrialization, 2014, 4 (6): 72-76.

[8] 張峰, 陳光武. 基于FlexRay 總線的網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點的設(shè)計[J]. 新型工業(yè)化, 2013, 3 (12): 69-76.

ZHANG Feng, CHEN Guangwu.Design of Senor Node Network Based on FlexRay Bus[J].The Journal of New Industrialization, 2013, 3 (12): 69-76.

Optimization Design on I&C Instrument Sampling Conduit Arrangement of the Thermal Power Plant

WANG Hongwei
(Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute, Taiyuan 030001, China)

I&C instrument pipeline involves a relatively wide range of fields, and the requirements of its installation process are relatively high. Furthermore, its neat and beautiful piping configure process is the highlight of the installation process. The metal tubule is used in I&C instrument pipeline. Plus, the concentrated arrangement of the pipeline's direction is very important. And cross operation frequently appear during construction. Therefore, the early planning was very important before pipeline installation. According to the situation in spot, the further optimization design of the central arrangement I&C instrument pipeline which is in the construction process is of practical significance to the selection of suitable laying path in the construction of power plants, the optimization of laying mode, the reduction of the investment in power plants and the lowering of operation loss in the power plant construction. The paper proposes the optimization design on the fitted I&C instrument pipeline's installation technology and design schemes in the freezing Northern China and power plant, providing references for similar projects.

instrument pipeline; installation process; early planning; second optimization design; centralized disposal

10.3969/j.issn.2095-6649.2015.02.10

國家工程項目(發(fā)改委發(fā)改辦能源[2007]2469號)。

王宏偉(1985-), 男, 山西太原, 本科, 工程師, 研究方向: 火力發(fā)電廠熱控專業(yè)設(shè)計。

王宏偉．火力發(fā)電廠熱控儀表取樣管路布置優(yōu)化[J]．新型工業(yè)化，2015，5(2)：54-59